Peralihan Intel kepada reka bentuk CPU hibrid telah mewujudkan teka-teki yang kompleks untuk pembangun sistem pengendalian. Sejak pengenalan pemproses Alder Lake , Intel telah menjadikannya hampir mustahil untuk membeli cip pengguna tanpa kedua-dua teras Prestasi (P) dan teras Kecekapan (E). Walaupun seni bina ini menjanjikan prestasi dan kecekapan kuasa yang lebih baik, ia telah memperkenalkan cabaran yang ketara untuk penjadualan tugas yang masih sedang diselesaikan oleh sistem pengendalian.
Garis Masa CPU Hibrid Intel
- 2011: ARM memperkenalkan seni bina big.LITTLE
- 2020: Intel mengeluarkan Lakefield (ketersediaan terhad)
- 2021: Intel melancarkan Alder Lake dengan penggunaan meluas teras P+E
- 2023: Intel memperkenalkan Meteor Lake dengan teras LP-E (Low Power Efficiency)
Kerumitan Memilih Teras yang Betul
Cabaran asas terletak pada menentukan teras mana yang patut mengendalikan tugas yang mana. Tidak seperti CPU tradisional di mana semua teras pada asasnya adalah sama, seni bina hibrid memaksa penjadual untuk membuat keputusan yang kompleks. Patutkah tugas yang berumur pendek pergi ke P-core untuk penyelesaian pantas, atau adakah E-core sudah memadai? Jawapannya tidak mudah, kerana perbincangan komuniti mendedahkan sifat bernuansa keputusan-keputusan ini.
Walaupun ketika komputer riba berjalan dengan kuasa bateri, secara lalai menggunakan E-core tidak sentiasa optimum. Sesetengah tugas sensitif kepada kependaman dan memerlukan respons segera yang hanya boleh disediakan oleh P-core. Sementara itu, tugas yang berjalan lama yang kelihatan sempurna untuk E-core sebenarnya mungkin mendapat manfaat daripada pecutan P-core untuk selesai lebih cepat dan menjimatkan tenaga keseluruhan.
Pengurusan Kuasa Menjadi Lebih Kompleks
Pendekatan tradisional menggunakan tahap nice CPU - ciri Unix yang membolehkan pengguna menetapkan keutamaan tugas - tidak sesuai dengan seni bina hibrid. Walaupun sesetengah pihak mencadangkan menggunakan tahap nice untuk menentukan tugasan teras, pendekatan ini mempunyai batasan. Ia akan menghalang senario seperti berjalan pada teras Prestasi, tetapi mengalah kepada proses lain dengan cepat, yang mungkin tepat apa yang diperlukan oleh aplikasi tertentu.
Kekangan terma menambah satu lagi lapisan kerumitan. Walaupun ketika disambungkan kepada kuasa AC, P-core boleh dengan cepat menggunakan belanjawan kuasa yang tersedia dan menghasilkan haba yang berlebihan. Ini bermakna bahawa walaupun tugas berkeutamaan tinggi mungkin mendapat manfaat daripada penggunaan E-core yang strategik untuk mengekalkan prestasi berterusan tanpa penghadan terma.
Kaedah Pengesanan Jenis Teras Utama
- Teras P vs E: Arahan CPUID leaf (0x1a)
- Teras LP-E: Tiada kaedah pengesanan yang serasi ke hadapan tersedia
- Thread Director: Komponen perkakasan yang menyediakan maklum balas prestasi masa nyata
Masalah Keadilan
Salah satu aspek yang paling mencabar melibatkan mengekalkan keadilan antara tugas. Penjadual tradisional memastikan akses yang sama kepada sumber CPU dengan memberikan semua tugas hirisan masa yang sama. Walau bagaimanapun, pada seni bina hibrid, masa yang sama tidak bermakna kuasa pengkomputeran yang sama. Tugas yang berjalan pada P-core akan mencapai lebih banyak kerja dalam hirisan masa yang sama berbanding dengan yang berjalan pada E-core.
Ini mewujudkan masalah asas: bagaimana anda memastikan peruntukan sumber yang adil apabila sumber itu sendiri secara semula jadi tidak sama? Penyelesaian yang dicadangkan oleh FreeBSD melibatkan pengiraan masa jalan maya yang mengambil kira perbezaan prestasi antara jenis teras, tetapi ini mewakili penyimpangan yang ketara daripada pendekatan penjadualan semasa.
Kawalan Pengguna vs Pengurusan Automatik
Perdebatan meluas kepada berapa banyak kawalan yang patut dimiliki pengguna terhadap tugasan teras. Sesetengah pengguna mahukan kawalan langsung ke atas teras mana yang mengendalikan tugas kritikal mereka, terutamanya dalam senario di mana hayat bateri atau keperluan prestasi adalah penting. Walau bagaimanapun, sistem biasanya membuat beribu-ribu keputusan penjadualan setiap saat, menjadikan campur tangan manual tidak praktikal untuk kebanyakan situasi.
Komputer tidak dapat mengetahui tentang kes-kes ini.
Ini menyerlahkan ketegangan antara pengoptimuman automatik dan niat pengguna. Walaupun sistem pengendalian boleh membuat tekaan yang berpendidikan tentang keperluan tugas, mereka tidak mempunyai konteks yang dimiliki pengguna tentang keperluan dan keutamaan segera mereka.
Dasar Penjadualan yang Dicadangkan
- Prestasi Maksimum (0): Mengutamakan P-cores, memastikan semua teras kekal sibuk apabila boleh
- Skala Kecekapan (0-100): Nisbah boleh dikonfigurasikan antara prestasi dan kecekapan
- Kecekapan Maksimum (100): Menjalankan thread hanya pada E-cores atau teras paling cekap yang tersedia
Memandang ke Hadapan
Ketika FreeBSD dan sistem pengendalian lain bekerja untuk menangani cabaran-cabaran ini, penyelesaiannya berkemungkinan akan melibatkan gabungan pengesanan automatik yang diperbaiki, dasar yang boleh dikonfigurasi pengguna, dan petunjuk peringkat aplikasi. Teknologi Thread Director Intel , yang menyediakan maklum balas masa nyata tentang ciri tugas dan prestasi teras, menawarkan satu laluan ke hadapan.
Seni bina CPU hibrid mewakili peralihan yang ketara dalam pengkomputeran, tetapi ekosistem perisian masih dalam proses menyusul. Sehingga sistem pengendalian menyesuaikan sepenuhnya dengan realiti baru ini, pengguna mungkin terus mengalami prestasi yang tidak konsisten yang telah menjadikan sesetengah pembangun ragu-ragu terhadap pendekatan hibrid. Kejayaan seni bina ini akhirnya akan bergantung pada sejauh mana perisian boleh memanfaatkan potensi mempunyai jenis teras yang berbeza bekerja bersama dengan cekap.
Rujukan: Scheduling on Hybrid CPUs